【正文】 雙螺桿式空壓機(jī) 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 4 并承受壓縮機(jī)中的軸向力。 螺桿壓縮機(jī)的工作原理 螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)過(guò)程可分為進(jìn)氣，壓縮和排氣三個(gè)過(guò)程。 (2)壓縮過(guò)程：陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時(shí)，其陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒尖會(huì)與機(jī)殼封閉，此時(shí)氣體在齒溝內(nèi)不再外流。 從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械。所以，螺桿壓縮機(jī)同時(shí)具有上述兩類(lèi)壓縮機(jī)的特點(diǎn)。 4)適應(yīng)性強(qiáng)：螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣范圍內(nèi)能保證較高的效率。 2)不適合高壓場(chǎng)合：由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機(jī)只能適用于中，低壓范圍，排氣壓力一般不能超過(guò) ?；钊娇諌簷C(jī)是一種最常見(jiàn)的容積式壓縮機(jī)。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 6 圖 22 單級(jí)活塞式空壓機(jī)原理簡(jiǎn)圖 一個(gè)工作循環(huán)周期如下： (1)吸氣過(guò)程。由于進(jìn)氣閥的止氣作用，缸內(nèi)空氣不能倒流回進(jìn)氣管中。隨著活塞不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。 壓力范圍廣，適用于從低壓到超高壓；適應(yīng)性強(qiáng)，排氣壓力變動(dòng)較大時(shí)，排氣量不變；機(jī) 組零件多用普通金屬材料，制造精度要求不太高；外形尺寸及重量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損失件多。所以活塞式振動(dòng)大，機(jī)械性噪音大、可靠性低。 缺點(diǎn)：采用固定的接線(xiàn)方式。 60 年代末期，美國(guó)汽車(chē)制造工業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)，要求不斷更換汽車(chē)的型號(hào)。提出以下要求：設(shè)計(jì)周期短，更改容易，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低；把繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)；但編程要比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)，操作方便 ， 系統(tǒng)通用性強(qiáng)。 (3)功能發(fā)展史：（名字的由來(lái)） 早期：順序控制。 PLC 基本結(jié)構(gòu) PLC 主要是由 CPU、電源、存儲(chǔ)器和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在掃描每一組梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在 I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。所謂 I/O 響應(yīng)時(shí)間指從 PLC 的某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。 4)采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 (2)豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強(qiáng)電或弱電等。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 12 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。 基于 PLC 的控制系統(tǒng)原理圖如圖 41所示。 起動(dòng)：三臺(tái)電機(jī) M1， M2， M3 如圖 41所示，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇變頻 /工頻啟動(dòng)。 切換：實(shí)現(xiàn) M1， M2， M3 工頻、變頻相互切換。若 2空壓機(jī)達(dá)到頻率上限時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后仍不能滿(mǎn)足要求，再自動(dòng)將 2空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，變頻啟動(dòng) 3空壓機(jī)。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 15 圖 42 控制系統(tǒng)流程圖 開(kāi)始 變頻器啟動(dòng) 頻率上限是否達(dá)到 頻率下限是否達(dá)到 監(jiān)測(cè)參數(shù)是否正常 是否有停機(jī)信號(hào) 停機(jī) 轉(zhuǎn)化為工頻運(yùn)行并把變頻器切換到下一臺(tái)空壓機(jī) 當(dāng)前空壓機(jī)停機(jī)并把變頻器復(fù)位 報(bào)警延時(shí) Y Y N Y Y N N 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 16 該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式： (1)手動(dòng)運(yùn)行方式 選擇此方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕空壓機(jī)或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各空壓機(jī)。當(dāng)壓力小于設(shè)定值時(shí)，頻率升為 50HZ，延時(shí) 30s 后，若測(cè)量值仍小于設(shè)定值，則變頻器切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)空壓機(jī)，依次啟動(dòng)各臺(tái)空壓機(jī)。 另外，采用該方案后，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的大電流和啟動(dòng)給空氣壓縮機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。 特別注意 ：為防止電機(jī)頻繁起制動(dòng)和變速， 在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率不變。 空壓機(jī)切換工作過(guò)程 開(kāi) 始時(shí)，若 1空壓機(jī)變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)?0開(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率達(dá)到 50Hz而此時(shí)空氣壓力還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（避免由于干擾而引起的誤動(dòng)作）后， 1空壓機(jī)切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由 50Hz下降至 0Hz， 2號(hào)空壓機(jī)變頻起動(dòng)，如氣壓仍不滿(mǎn)足，則會(huì)啟動(dòng) 3空壓機(jī)，切換過(guò)程同上；同樣，若 3臺(tái)空壓機(jī)（假設(shè) 3）都在運(yùn)行， 3空壓機(jī)變頻運(yùn)行降到 0HZ，此時(shí)氣壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使 1空壓機(jī)停止，變頻器頻率從 0HZ 迅速上升，若此時(shí)供氣壓力仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使 2空壓機(jī)機(jī)停止 。當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉 1空壓機(jī)；反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻 率信號(hào)則 PLC 執(zhí)行增加空開(kāi)始 1空壓機(jī)變頻運(yùn) 行 添加工作空壓機(jī) 1空壓機(jī)變頻運(yùn)行 1空壓機(jī)停止運(yùn)行 減少工作空壓機(jī) 變頻器輸出頻率 變頻器輸出頻率 變頻器輸出頻率 上限 上限 延時(shí) 5s 延時(shí) 5s 延時(shí) 5s 上限 延時(shí) 5s 延時(shí) 5s 下限 下限 正常 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 21 壓機(jī)動(dòng)作： KM2 斷開(kāi)、 KM1吸合， 1空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時(shí) 1s（延時(shí)一是為了讓開(kāi)關(guān)充分熄弧，另一方面是為了讓變頻器減速為 0， KM4 吸合變頻啟動(dòng) 2空壓機(jī)。另外為了方便故障檢查維修。 通信方式 (1)上位機(jī)與 PLC 的通信 在工控領(lǐng)域中 PLC 通常作為下位機(jī)使用，工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)監(jiān)視空壓機(jī)的運(yùn)行狀況，查看壓力、溫度、運(yùn)行時(shí)間、電機(jī)電壓、電機(jī)電流、輸出功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，記錄并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的查詢(xún)和打印功能。 其他元件包括手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、緊急停止按鈕、聲光報(bào)警器等。 (2)PLC 與變頻器的通信 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 22 本系 統(tǒng)中 PLC 對(duì)變頻器的控制是通過(guò)串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)的， PLC 通過(guò) RS485 通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、和過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)。不論是寫(xiě)數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有計(jì)算機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，變頻器只是被動(dòng)接受請(qǐng)求并作 出應(yīng)答。 模糊控制已成為智能自動(dòng)化控制研究中最為活躍而富有成果的領(lǐng)域。雖然未來(lái)的控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越寬廣，被控對(duì)象可以是越來(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的控制技術(shù)也會(huì)變得越來(lái)越精巧，但是以 PID 為原理的各種控制器將是過(guò)程控制中不可或缺的基本控制單元。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 23 圖 46 ＰＩＤ控制器系統(tǒng)原理圖 在經(jīng)典 PID 控制中，給定值與測(cè)量值進(jìn)行比較，得出偏差 e(t)，并依據(jù)偏差情況，給出控制作用 u(t)。 KI值影響系統(tǒng)的穩(wěn)定精度； KI越大，系統(tǒng)靜態(tài)誤差消除越快，但如果過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和的 現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)。當(dāng)函數(shù) U(n)達(dá)到其輸出值時(shí)，應(yīng)使 KI增大，迅速消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。在系統(tǒng)中，偏差值 e 是給定值 SP(希望值 )和過(guò)程變量 PV(實(shí)際值 )的差。 Minitial： PID 回路輸出的初始值。一類(lèi)參數(shù)是固定不變的，如參數(shù)編號(hào)為 2,4,5,6,7 的參數(shù)，這些參數(shù)可在 PLC 的主程序中設(shè)定。表 41 中變量類(lèi)型欄的 In/Out 應(yīng)理解為相對(duì)于 PID 控制器而言的輸入或輸出。 TS：采樣時(shí)間間隔 。 報(bào)警裝置 系統(tǒng)裝有壓力傳感器和電流傳感器，結(jié)合 PLC 內(nèi)部時(shí)間繼電器，由 PLC 根據(jù)程序進(jìn)行邏輯判斷，可對(duì)電機(jī)過(guò)載、電機(jī)過(guò)流、電機(jī)起動(dòng)過(guò)載、電機(jī)運(yùn)行過(guò)載、空壓機(jī)斷水、斷油、油水超溫等故障報(bào)警，并執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動(dòng)作?？紤]到傳感器精度、調(diào)整值及外界干擾等因素， PLC 程序中將電流或電壓信號(hào)持續(xù) 1秒鐘低于 3mA(即 PLC 內(nèi)部數(shù)值 150)視為傳感器故障。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟： (1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。 (3) 選擇 PLC。 在設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)時(shí)，必須在控制線(xiàn)路（接線(xiàn)程序）設(shè) 計(jì)完成后，才能進(jìn)行控制大的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 工藝過(guò) 程 分析控制要求 確定用戶(hù) I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖 繪制流程圖 編制程序清單 設(shè)計(jì)梯形圖 輸入程序并檢查 調(diào)試 滿(mǎn)足要求 修改 設(shè)計(jì)控制臺(tái) 現(xiàn)場(chǎng)連 接 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿(mǎn)足要求 編織技術(shù)文件 支付使用 控制臺(tái)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工 PLC 程序設(shè)計(jì) NO NO NO Yes Yes 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 28 (2) 設(shè)計(jì)梯形圖。 (6) 待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過(guò)流過(guò)載保護(hù)接通，空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來(lái)確定。（主電路如圖 49） 由于每臺(tái)電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺(tái)電機(jī)三相輸入電源前面都接入一個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、電流表連接。對(duì)于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無(wú)法成功。 PLC 輸入輸出模塊 I/O 點(diǎn)數(shù)如表 42 所示。其技術(shù)參數(shù)為： (1)指令運(yùn)行時(shí)間： （二進(jìn)制 /定點(diǎn) /浮點(diǎn)） (2)主存儲(chǔ)器： 32KB (3)SIMATIC Micro 存儲(chǔ)卡： 64KB～ 4M (4)本機(jī)分布式 I/O： DI/DO： 24/16 A1/AO*PT100： 4+1/2 (5)技術(shù)功能 : 計(jì)數(shù)頻率測(cè)量： 3 ( 30KHz ) ～ 4 ( ) (6)接口： MPI (7)外形尺寸： 120 125 130 變頻器選型 本設(shè)計(jì)變頻器選擇西門(mén)子 MM440 變頻器。10% ，單相 /三相，交流， ； 380V480V177。 傳感器的選取 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。壓力信號(hào)要求范圍為 0～ 1MPa，精度為 %以上。 信號(hào)輸出特性：電流型輸出： DC/4～ 20mA，最大負(fù)載電阻測(cè)算 (含傳輸線(xiàn)內(nèi)阻 )： Rmax= ( V 12 ) /（其中 V為供電電壓）。 外型結(jié)構(gòu)與典型接線(xiàn)：探頭外型尺寸： φ 59mm 120mm，重量： 650g。 系統(tǒng) PLC 硬件部分地址分配及部分程序 (1)輸入輸出地址分配如表 43 所示 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 33 表 43 輸入輸出地址分配 I 0 0 0 自 動(dòng) Q 0 0 0 M 1 供 品 運(yùn) 行I 0 0 1 手 動(dòng) Q 0 0 1 M 1 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 2 啟 動(dòng) Q 0 0 2 M 2 工 頻 運(yùn) 行I 0 0 3 停 止 Q 0 0 3 M 2 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 4 點(diǎn) 動(dòng) Q 0 0 4 M 3 工 頻 運(yùn) 行I 0 0 5 復(fù) 位 Q 0 0 5 M 3 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 6 緊 急 停 車(chē) Q 0 0 6 聲 光 報(bào) 器 I 0 0 7 變 頻 器 啟 動(dòng) Q 0 0 7 — —I 0 1 0 1 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 運(yùn) 行 Q 0 1 0 K 1 正 轉(zhuǎn) 繼 電 器I 0 1 1 1 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 停 止 Q 0 1 1 K 2 反 轉(zhuǎn) 繼 電 器I 0 1 2 2 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 運(yùn) 行 Q 0 1 2 K 3 點(diǎn) 動(dòng) 繼 電 器I 0 1 3 2 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 停 止 Q 0 1 3 K 4 復(fù) 位 繼 電 器I 0 1 4 3 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 運(yùn) 行 Q 0 1 4 I 0 1 5 3 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 停 止 Q 0 1 5 I 0 1 6 潤(rùn) 滑 油 超 溫